CN107054688A - 机舱空气压缩机壳体的焊接修复 - Google Patents
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Abstract
一种用于修复机舱空气压缩机出口壳体的方法，其包括：移除机舱空气压缩机出口壳体中的轴颈轴承支撑套筒；将柱状嵌件定位在所述机舱空气压缩机出口壳体内，其中所述柱状嵌件具有大于所述移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的外径的外径、小于所述移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的内径的内径、和大于所述移除的轴颈轴承支撑套筒的长度的长度；将所述柱状嵌件焊接到所述机舱空气压缩机出口壳体；以及加工所述焊接柱状嵌件，以形成更换轴颈轴承支撑套筒。
Description
背景技术
空气循环机器用于飞机中的环境控制系统，以调节用于递送到飞机机舱的空气。经调节的空气为飞机乘客舒适和安全所需要的温度、压力和湿度下的空气。在地平面或靠近地平面，周围空气温度和/或湿度通常足够高，所以空气在被递送到飞机机舱之前必须被冷却以作为调节过程的一部分。在飞行高度处，周围空气通常远冷于所需要的空气，但是在低压下，作为调节过程的一部分，其必须被压缩为可接受压力。压缩飞行高度处的周围空气充分地加热所产生的压力空气，所以其必须被冷却，即使周围空气温度非常低。因此，在大部分情况下，在空气被递送到飞机机舱之前，必须由空气循环机器从空气移除热量。
机舱空气压缩机可用于压缩空气以用于环境控制系统。机舱空气压缩机包括驱动压缩机区段的电动机，所述压缩机区段进而压缩流动通过机舱空气压缩机的空气。机舱空气压缩机包括轴颈轴承和轴颈轴承支撑套筒作为压缩机出口壳体的一部分。电动机故障、未对齐或轴承故障可导致对轴颈轴承支撑套筒的损坏。更换压缩机出口壳体可能是昂贵的。
发明内容
在一个实施方案中，提供了一种用于修复机舱空气压缩机出口壳体的方法，其包括：移除机舱空气压缩机出口壳体中的轴颈轴承支撑套筒；将柱状嵌件定位在机舱空气压缩机出口壳体内，其中柱状嵌件具有大于所移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的外径的外径、小于所移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的内径的内径、和大于所移除的轴颈轴承支撑套筒的长度的长度；将柱状嵌件焊接到机舱空气压缩机出口壳体；以及加工焊接柱状嵌件，以形成更换轴颈轴承支撑套筒。
在另一实施方案中，一种机舱空气压缩机壳体包括：蜗壳壁，其附接到环形支撑环并从环形支撑环径向向外延伸；腹板，其从环形支撑环径向向内延伸；和轴颈轴承支撑套筒，其焊接到腹板的径向最内部分，其中在超尺寸柱状嵌件已被焊接到腹板之后，通过将所述超尺寸柱状嵌件加工为轴颈轴承支撑的最终尺寸而形成轴颈轴承支撑套筒。
附图说明
图1是机舱空气压缩机的截面视图。
图2A是面向机舱空气压缩机的压缩机出口壳体的端部的电动机的透视图。
图2B是面向压缩机出口壳体的端部的压缩机进气口的透视图。
图3是沿图2A的截面3-3截取的机舱空气压缩机的压缩机出口壳体的截面视图。
图4是图示用于修复压缩机出口壳体的方法的流程图。
图5是在图3的虚线5-5指示的压缩机出口壳体中的轴颈轴承支撑套筒的放大截面视图。
图6是被定位在压缩机出口壳体中的柱状嵌件的截面视图。
图7是被焊接到压缩机出口壳体的柱状嵌件的截面视图。
图8是示出表示将形成于被焊接到压缩机出口壳体的柱状嵌件上的加工面的位置的假想线的截面视图。
图9是柱状嵌件已被加工以形成被焊接到压缩机出口壳体的新轴颈轴承支撑套筒之后的压缩机出口壳体中的经加工柱状嵌件的截面视图。
具体实施方式
图1是机舱空气压缩机10的截面视图。机舱空气压缩机10包括具有压缩机进气口14的压缩机进气口壳体12、具有压缩机出口18压缩机出口壳体16、具有刀片22的压缩机转子20、具有叶片26的可变扩压器24、电动机28、轴颈轴承30和拉杆32。压缩机进气口壳体12包括压缩机进气口14、进气室34和进气口垫环36。压缩机出口壳体16包括压缩机出口18、出口蜗壳38、轴颈轴承支撑套筒40、腹板42、环形支撑环44（其包括电动机安装凸缘46、转子密封凸缘48和环形安装区域50）、出口蜗壳壁52和出口垫环54。可变扩压器24包括叶片26、罩盖60、背板62和安装板64。电动机28包括具有转子轴72的电动机转子70、电动机定子74、驱动轴76和电动机壳体78。图1中还示出了具有第一端A1和第二端A2的轴线A。
将压缩机进气口壳体12连接到可变扩压器24以及连接到面向压缩机出口壳体16的一侧的A1。将压缩机进气口14定位在面向压缩机进气口壳体12的端部的A1处。进气室34的外边界由压缩机进气口壳体12定义。将进气口垫环36从轴线A径向向外定位，并且连接到出口垫环54。
将压缩机出口壳体16连接到可变扩压器24、面向压缩机进气口壳体12的端部的A2、和面向电动机28的端部的A1。压缩机出口18远离轴线A径向定位。出口蜗壳38的外边界由压缩机出口壳体16定义。将轴颈轴承支撑套筒40连接到轴颈轴承30和腹板42。将腹板42连接到轴颈轴承支撑套筒40和环形支撑环44。将环形支撑环44连接到压缩机转子20、电动机安装凸缘46、转子密封凸缘48、环形安装区域50和出口蜗壳壁52。将电动机安装凸缘46连接到电动机壳体78。将环形安装区域50连接到可变扩压器24。将压缩机转子20连接到刀片22、压缩机出口壳体16和拉杆32。
将可变扩压器24连接到压缩机进气口壳体12和压缩机出口壳体16。将罩盖40连接到压缩机进气口壳体12。将叶片22定位在罩盖60与背板62之间。将背板62连接到安装板64。
将电动机28连接到面向压缩机出口壳体16的端部的A2并连接到拉杆32。电动机转子70在电动机定子74内旋转。将电动机转子70的转子轴72连接到驱动轴76。将驱动轴76连接到压缩机转子20。将拉杆32连接到压缩机转子20、电动机28和轴颈轴承30。使拉杆32位于轴线A的中心。
拉杆32轴向地限制并对齐电动机28、压缩机转子20、压缩机出口壳体16和压缩机进气口壳体12。轴颈轴承30支撑拉杆32，并且允许驱动轴76围绕轴线A旋转。电动机28旋转电动机转子70，其进而旋转转子轴72。电动机转子70的转子轴72驱动驱动轴76，其进而驱动具有刀片22的压缩机转子20。压缩机转子20的旋转将空气抽吸到压缩机进气口14处的压缩机进气口壳体12的进气室34。进气室34中的空气被压缩机转子20压缩。然后，将经压缩的空气路由到可变扩压器24。叶片26可被定位来在不压缩空气的情况下，允许空气流动通过可变扩压器24。叶片26还可被定位来在空气进入出口蜗壳38之前进一步压缩流动通过可变扩压器24的空气。经压缩的空气离开可变扩压器24，并且在退出压缩机出口18之前被路由通过出口蜗壳38。
图2A是面向压缩机出口壳体16的端部的电动机的透视图。图2B是面向压缩机出口壳体16的端部的压缩机进气口的透视图。压缩机出口壳体16与轴线A对齐，并且包括压缩机出口18、出口蜗壳38、轴颈轴承支撑套筒40、腹板42、环形支撑环44（其包括电动机安装凸缘46、转子密封凸缘48和环形安装区域50）、出口蜗壳壁52和出口垫环54。将轴颈轴承支撑套筒40定位在压缩机出口壳体16的中心处。将轴颈轴承支撑套筒40连接到腹板42。腹板42在轴颈轴承支撑套筒40和环形支撑环44之间延伸，并且连接轴颈轴承支撑套筒40和环形支撑环44。将环形支撑环44连接到腹板42的径向向外端。还将环形支撑环44连接到环形安装区域50的径向向外端处的出口蜗壳壁52的径向向内端。将出口蜗壳壁52连接到出口垫环54。
轴颈轴承支撑套筒40对轴颈轴承30提供支撑。腹板42连接到环形支撑环44。环形支撑环44连接到电动机安装凸缘46、转子密封凸缘48、环形安装区域50和出口蜗壳壁52。转子密封凸缘55将环形安装区域50连接到密封带80（图3中示出）。电动机安装凸缘46使压缩机出口壳体16对齐电动机壳体78。环形安装区域50将压缩机出口壳体16连接到可变扩压器24的安装板64。出口蜗壳壁52定义出口蜗壳38的外轮廓。出口垫环54将出口壳体16连接到进气口垫环36处的压缩机进气口壳体12。
图3是沿图2A的截面线3-3截取的机舱空气压缩机10中的压缩机出口壳体16的截面视图。压缩机出口壳体16包括压缩机出口18、出口蜗壳38、轴颈轴承支撑套筒40、腹板42、环形支撑环44、电动机安装凸缘46、转子密封凸缘48、环形安装区域50、出口蜗壳壁52、出口垫环54和密封带80。图3还包括虚线5-5和具有第一端A1和第二端A2的轴线A。将出口垫环54从轴线A定位在径向向外端处。将环形支撑环44从出口垫环54径向向内定位，并且连接到电动机安装凸缘46、转子密封凸缘48、环形安装区域50和出口蜗壳壁52。将腹板42从环形支撑环44径向向内定位，并且连接到轴颈轴承支撑套筒40。使密封带80相对于轴颈轴承支撑套筒40朝第一端A1轴向定位，并且连接到转子密封凸缘48。密封带80最小化从压缩机转子20的泄漏。更换轴颈轴承支撑套筒40和密封带80比全部更换出口压缩机壳体16更具成本效益。
图4是图示用于在轴颈轴承支撑套筒40磨损或损坏时修复压缩机出口壳体16的方法的流程图。图4包括步骤S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114和S116，以示出可以如何在轴颈轴承支撑套筒40处修复压缩机出口壳体16。图5-8图示图4的流程图中示出的步骤中的一些。图5是在图3的虚线5-5处指示的压缩机出口壳体16中的轴颈轴承支撑套筒40的放大截面视图。图6是定位在压缩机出口壳体16中的柱状嵌件84的截面视图。图7是焊接到压缩机出口壳体16的柱状嵌件84的截面视图。图8是使用假想线90示出将形成于柱状嵌件84上以创建被焊接到压缩机出口壳体16的新轴颈轴承支撑套筒的最终加工面的截面视图。图9是现在形成压缩机出口壳体16中的新轴颈轴承支撑套筒40N的经加工柱状嵌件84的截面视图。
步骤S100包括从压缩机出口壳体16移除磨损或损坏的轴颈轴承支撑套筒40，如在图4中可见。在步骤S100，压缩机出口壳体16包括腹板42和轴颈轴承支撑套筒40。图4还包括直径D1和切割C1、C2和C3。在一个实例中，直径D1的长度为或位于2.690英寸和2.710英寸（68,326微米和68,834微米）之间。切割C1是直径D1处的轴颈轴承支撑套筒40附近的圆周切割。切割C2和C3被定位成确保腹板42在切割C2与C3之间具有最小厚度0.220英寸（5,588微米）。切割C2和C3是轴颈轴承支撑套筒40附近的圆周切割。切割C1、C2和C3允许在不损坏压缩机出口壳体16的腹板42的情况下移除轴颈轴承支撑套筒40。切割C1、C2和C3还确保在移除轴颈轴承支撑套筒40之后，腹板42可支撑柱状嵌件84。在其它实施方案中，切割可按任何顺序执行，或可包括更少或更大数量的切割，以移除轴颈轴承支撑套筒40。在一个实施方案中，可通过铣削从压缩机出口壳体16移除轴颈轴承支撑套筒40。在另一实施方案中，可通过坐标镗削从压缩机出口壳体16移除轴颈轴承支撑套筒40。
S102包括将柱状嵌件84定位在压缩机出口壳体16中轴颈轴承支撑套筒40被移除的部位处，如从图5中可见。在步骤S102，压缩机出口壳体16包括腹板42和柱状嵌件84。柱状嵌件84被定位成使得其与腹板42的内径有处于或位于0.001英寸与0.003英寸（25.4微米和76.2微米）之间的直径干涉。柱状嵌件84包括适用于步骤S114处的加工的长度以及内径和外径。定位柱状嵌件84分别确保焊接和加工步骤S104和S110的同轴度。在一个实施方案中，柱状嵌件84可包括铝或铝合金，诸如Aerospace Specification Metals, Inc.(ASM)标准6061-T6。
S104包括将柱状嵌件84焊接到腹板42处的压缩机出口壳体16，如在图6中可见。在步骤S104，压缩机出口壳体16包括腹板42、柱状嵌件84和角焊缝86和88。将角焊缝86和88定位在腹板42和柱状嵌件84交汇处。角焊缝86和88在腹板42的相对侧上围绕柱状嵌件84圆周地延伸。将柱状嵌件84焊接到腹板42保持柱状嵌件84的同轴度。在一个实施方案中，柱状嵌件84可被熔焊接，如美国焊接标准（American Welding Standard）规范D17中所述。适当的角焊缝可包括铝或铝合金，诸如SAE国际铝标准（SAE International aluminumstandards）AMS 4190或AMS 4181 填料。在另一实施方案中，柱状嵌件84可为被焊接到腹板42的电子束。在其它实施方案中，可使用任何适当的焊接技术。
步骤S106包括热处理柱状嵌件84。热处理可从步骤S104处的焊接缓解可发生在柱状嵌件84中的热应力。在一个实施方案中，柱状嵌件84可在处于或在300华氏度与320华氏度（149摄氏度与160摄氏度）之间的温度下被热处理2小时，然后被冷却。
步骤S108包括检查柱状嵌件84的裂缝或表面缺陷。在一个实施方案中，使用渗透检查来检查柱状嵌件84和腹板42的焊接。
步骤S110包括加工柱状嵌件84的内表面和外表面，如在图7和图8中可见。在步骤S110，压缩机出口壳体16包括腹板42、柱状嵌件84、新轴颈轴承支撑套筒40N和角焊缝86和88。图7还包括假想轴颈轴承支撑线70。假想轴颈轴承支撑线70示出将根据步骤S110加工柱状嵌件84的位置。图8是压缩机出口壳体16中的经加工柱状嵌件84的截面视图。柱状嵌件84连接角焊缝86和88以及腹板42。离开角焊缝86和88，柱状嵌件84可以其他方式加工成轴颈轴承支撑套筒40的原始尺寸。根据轴颈轴承支撑套筒40的尺寸加工柱状嵌件84以形成新轴颈轴承支撑套筒40N确保其可支撑轴颈轴承30。这也是有利的，因为轴颈轴承支撑套筒40可使用轴颈轴承支撑套筒40N更换，使得不需要全部更换压缩机出口壳体16。已使用固定到出口壳体16的柱状嵌件84来执行将柱状嵌件84转化成新轴颈轴承支撑套筒40N的所有加工。结果，可保证新轴颈轴承支撑套筒40N的加工面相对于出口壳体16的其它结构组件的对齐。当重新安装压缩机出口壳体16时，新轴颈轴承支撑套筒40N将与轴线A对齐。
步骤S112包括检查柱状嵌件84的裂缝或表面缺陷。在步骤S110的加工之后检查新轴颈轴承支撑套筒40N可在步骤S100的加工之前发现不在表面上的裂缝或缺陷。在一个实施方案中，渗透检查可用于步骤S112处的检查。
步骤S114包括新轴颈轴承支撑套筒40N。在步骤S114，新轴颈轴承支撑套筒40N经受转化涂层，以保护铝或铝合金不受腐蚀。转化涂层向新轴颈轴承支撑套筒40N提供预氧化层以用于腐蚀保护。在一个实施方案中，预氧化层可具有大约0.1英寸（2,540微米）的层深度。
步骤S116包括在必要时检查并更换密封带80。图3中示出的密封带80相对于腹板42朝第一端A1轴向定位，并且连接到转子密封凸缘48，以及最小化从压缩机转子20的泄漏。密封带80可包括聚酰亚胺基聚合物，诸如Vespel®。
可能实施方案的讨论
以下为本发明的可能实施方案的非排他性描述。
根据本公开的示例性实施方案的用于修复机舱空气压缩机出口壳体的方法另外包括：移除机舱空气压缩机壳体中的轴颈轴承支撑套筒；将柱状嵌件定位在机舱空气压缩机出口壳体内，其中柱状嵌件具有大于所移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的外径的外径、小于所移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的内径的内径、和大于所移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的长度的长度；将柱状嵌件焊接到机舱空气压缩机出口壳体；以及加工经焊接的柱状嵌件，以形成更换轴颈轴承支撑套筒。
用于修复先前段落的机舱空气压缩机出口壳体的方法可可选地包括（额外地和/或替代地）以下特征、配置和/或额外组件中的任何一个或多个：
所述方法，其中加工所述焊接柱状嵌件包括加工所述焊接柱状嵌件的外表面的至少一部分。
所述方法，其中加工所述焊接柱状嵌件包括加工所述焊接柱状嵌件的内表面的至少一部分。
所述方法，其中加工所述焊接柱状嵌件包括加工所述焊接柱状嵌件的端面的至少一个。
所述方法进一步包括将密封带定位在机舱空气压缩机出口壳体内。
所述方法进一步包括在加工所述焊接柱状嵌件之前热处理所述焊接柱状嵌件。
所述方法进一步包括在加工所述焊接柱状嵌件之前检查所述焊接的缺陷。
所述方法进一步包括在定位密封带之前，检查更换轴颈轴承支撑套筒的缺陷。
所述方法进一步包括在定位密封带之前，涂覆更换轴颈轴承支撑套筒。
此外，根据本公开的示例性实施方案的机舱空气压缩机壳体另外包括：蜗壳壁，其附接到环形支撑环并从环形支撑环径向延伸；腹板，其从环形支撑环径向向内延伸；轴颈轴承支撑套筒，其被焊接到腹板的径向最内部分，其中在超尺寸柱状嵌件已被焊接到腹板之后，通过将所述超尺寸柱状嵌件加工成轴颈轴承支撑的最终尺寸而形成轴颈轴承支撑套筒。
先前段落的机舱空气压缩机出口壳体可可选地包括（额外地和/或替代地）以下特征、配置和/或额外组件中的一个或多个：
所述机舱空气压缩机壳体，其中加工超尺寸柱状嵌件包括加工所述超尺寸柱状嵌件的外表面的至少一部分。
所述机舱空气压缩机壳体，其中加工超尺寸柱状嵌件包括加工所述超尺寸柱状嵌件的内表面的至少一部分。
所述机舱空气压缩机壳体，其中加工超尺寸柱状嵌件包括加工所述超尺寸柱状嵌件的端面。
虽然已参考示例性实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变，并且等同物可替代其元件。此外，在不脱离其本质范围的情况下，可进行许多修改，以使特定情况或材料适应本发明的教示。因此，其意图是，本发明不限于所公开的特定实施方案，而是本发明将包括落在随附权利要求范围内的所有实施方案。
Claims (13)
1.一种用于修复机舱空气压缩机出口壳体的方法，其包括：
移除机舱空气压缩机出口壳体中的轴颈轴承支撑套筒；
将柱状嵌件定位在所述机舱空气压缩机出口壳体内，其中所述柱状嵌件具有大于所述移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的外径的外径、小于所述移除的轴颈轴承支撑套筒的至少一部分的内径的内径、和大于所述移除的轴颈轴承支撑套筒的长度的长度；
将所述柱状嵌件焊接到所述机舱空气压缩机出口壳体；以及
加工所述焊接柱状嵌件，以形成更换轴颈轴承支撑套筒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中加工所述焊接柱状嵌件包括加工所述焊接柱状嵌件的外表面的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中加工所述焊接柱状嵌件包括加工所述焊接柱状嵌件的内表面的至少一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中加工所述焊接柱状嵌件包括加工所述焊接柱状嵌件的端面的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将密封带定位在所述机舱空气压缩机出口壳体内。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括在加工所述焊接柱状嵌件之前，热处理所述焊接柱状嵌件。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括在加工所述焊接柱状嵌件之前，检查所述焊接的缺陷。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括在定位所述密封带之前，检查所述更换轴颈轴承支撑套筒的缺陷。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在定位所述密封带之前，涂覆所述更换轴颈轴承支撑套筒。
10.一种机舱空气压缩机壳体，其包括：
蜗壳壁，其附接到环形支撑环并从所述环形支撑环径向向外延伸；
腹板，其从所述环形支撑环径向向内延伸；和
轴颈轴承支撑套筒，其焊接到所述腹板的径向最内部分，其中在超尺寸柱状嵌件已被焊接到所述腹板之后，通过将所述超尺寸柱状嵌件加工成所述轴颈轴承支撑的最终尺寸而形成所述轴颈轴承支撑套筒。
11.根据权利要求10所述的机舱空气压缩机壳体，其中加工所述超尺寸柱状嵌件包括加工所述超尺寸柱状嵌件的外表面的至少一部分。
12.根据权利要求10所述的机舱空气压缩机壳体，其中加工所述超尺寸柱状嵌件包括加工所述超尺寸柱状嵌件的内表面的至少一部分。
13.根据权利要求10所述的机舱空气压缩机壳体，其中加工所述超尺寸柱状嵌件包括加工所述超尺寸柱状嵌件的端面。
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